背景
由于微處理器和數字信號處理器需要在較低的工作電壓條件下獲得越來(lái)越高的電流，因此，通過(guò)盡量降低電流檢測元件的電阻以最大限度地減少電源傳導損耗就變得更加至關(guān)緊要。然而，低電阻電流檢測元件產(chǎn)生一個(gè)較低的斜坡電壓，當使用電流模式控制器時(shí)，這通常不利于實(shí)現穩定的運作。低的斜坡電壓會(huì )致使電流模式控制型開(kāi)關(guān)電源具有顯著(zhù)的抖動(dòng)，并且在大多數應用中變得不穩定。因此，對于這些應用人們一般采用電壓模式控制器，盡管此類(lèi)控制器存在著(zhù)效率不高和潛在的可靠性問(wèn)題。
相比于電壓模式開(kāi)關(guān)電源，電流模式控制型開(kāi)關(guān)電源擁有幾項優(yōu)勢，它們是：
- 較高的可靠性，其采用快速的逐周期電流檢測以提供輸出短路和過(guò)載保護。而電壓模式控制型電源對于過(guò)流情況的反應速度則較慢，這在某些應用中會(huì )導致故障的發(fā)生。
- 簡(jiǎn)單和可靠的反饋環(huán)路補償可使電源全部采用陶瓷輸出電容器以保持穩定，從而有助于實(shí)現較小的解決方案尺寸。
- 可在高電流多相設計中實(shí)現簡(jiǎn)易和準確的均流。
不過(guò)，對于高電流輸出 (通常大于 20A)，低 DCR 電感器將不能產(chǎn)生一個(gè)足夠的電壓斜坡信號以使電流模式控制器在所有的工作條件下都保持穩定，因此不得不使用電壓模式控制器。這種情況即將得到改變。
凌力爾特公司推出了 LTC3866，這款電流模式控制器能夠檢測一個(gè)非常低的斜坡電壓并保持卓越的穩定性。LTC3866 是首個(gè)真正的電流模式控制器，其突破了最小 1mΏ 的電感器 DC 電阻要求，并仍然保持了穩定性。
引言
LTC3866 是一款峰值電流模式同步降壓型 DC/DC 控制器，其采用了一種新穎的 DCR 檢測架構，此架構可改善電流檢測信號的信噪比，從而允許使用非常低 DC 電阻的功率電感器�？刹捎靡粋�(gè)低至 0.17mΏ 的功率電感器 DC 電阻，以最大限度地提高轉換器效率并增加功率密度。此外，這種新型 DCR 檢測方法還大幅降低了低 DCR 電阻應用中常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。DCR 溫度補償功能電路可在寬廣的溫度范圍內保持一個(gè)恒定和準確的電流限制門(mén)限。
LTC3866 可在一個(gè) 4.5V 至 38V 的輸入電壓范圍內運作，該范圍涵蓋了眾多的應用。強大的內置 N 溝道 MOSFET 柵極驅動(dòng)器允許使用高功率外部 MOSFET、DrMOS 器件或電源構件 (Power Block)，以提供高達 40A 的輸出電流，以及 0.6V 至 3.5V (當采用內置遠端采樣差分放大器時(shí)) 和 0.6V 至 5V (當未使用遠端采樣時(shí)) 的輸出電壓。對于更高功率的多相應用，可以通過(guò)把多個(gè)器件的 ITH 引腳連接在一起以輕松實(shí)現多個(gè) LTC3866 的并聯(lián)�？梢赃x擇一個(gè) 10mV 至 30mV的低電流檢測門(mén)限。固定的工作頻率可在 250kHz 至 770kHz 的范圍內進(jìn)行調節，也可同步至一個(gè)外部時(shí)鐘。其他特點(diǎn)包括一個(gè)內部偏置電壓調節器、軟起動(dòng)或跟蹤、過(guò)壓保護、短路軟恢復、電流限值折返、熱停機和外部 VCC 控制。LTC3866 采用耐熱性能增強型 4mm x 4mm QFN-24 封裝和 TSSOP-24E 封裝。
典型應用
由于能夠僅采用一個(gè)很小的峰至峰檢測電壓工作，因此 LTC3866 可與非常低 DCR 的電感器配合運作。下面的圖 1 示出了 LTC3866 的一款應用電路設計原理圖，其采用一個(gè)標稱(chēng) 12V 輸入操作，并可在高達 30A 的電流條件下產(chǎn)生一個(gè) 1.5V 輸出。如圖 2 所示，該電路采用了一個(gè) DCR = 0.32mΩ 的電感器以最大限度地提高效率 (>90%)。
圖 1：LTC3866 的典型應用電路原理圖 (用于實(shí)現 12VIN 至 1.5VOUT/30A 降壓轉換)
圖 2：圖 1 所示原理圖的效率曲線(xiàn) (顯示可實(shí)現 >90% 的效率)
特點(diǎn)
LTC3866 具有兩個(gè)正的檢測引腳 (SNSD+ 和 SNSA+) 以采集斜坡信號，并在內部對斜坡信號進(jìn)行處理，這在響應低電壓檢測信號時(shí)，可使信噪比改善 14dB。電流限制門(mén)限仍然是電感器峰值電流及其 DCR 值的函數，并能以 5mV 的步進(jìn)在 10mV 至 30mV 的范圍內準確設定。在整個(gè)溫度范圍內，器件到器件的電流限值誤差僅約為 1mV，從而確保了優(yōu)良的準確度。
此外，由于 LTC3866 采用恒定頻率峰值電流模式控制架構，因此其可保證逐周期峰值電流限值以及不同電源之間的均流。因為該器件運用了一種可改善電流檢測電路信噪比的獨特架構，所以它特別適用于低電壓、高電流電源。信噪比指標的改善可最大限度地抑制由于開(kāi)關(guān)噪聲所引起的抖動(dòng)，此類(lèi)抖動(dòng)有可能損壞信號。與標準的電流模式控制器相比，最壞情況開(kāi)關(guān)抖動(dòng)降低了 60%。
低輸出紋波應用
由于 LTC3866 所需的斜坡信號僅為次好的電流模式轉換器之檢測信號的大約 1/4，因此通過(guò)增加輸出濾波器的電感和電容可極大地降低輸出紋波。圖 3 示出了一款具有低輸出紋波電壓優(yōu)勢的高效率轉換器。對于那些對噪聲極其敏感的應用 (例如：測試 / 測量系統和音頻設備) 來(lái)說(shuō)，大幅降低的輸出電壓紋波 (<10mV，如圖 4 所示) 是至關(guān)緊要的。
圖 3：具有非常低輸出紋波的高效率、1.5V/25A 降壓型轉換器
圖 4：LTC3866 的低輸出紋波曲線(xiàn) (圖 3 所示原理圖)
或者，LTC3866 也可以與電源構件或 DrMOS 器件一起使用，以實(shí)現更緊湊的設計和非常高的輸出電流。圖 5 示出了一款兩相、高效率、1.8V/80A 電源，其基于兩個(gè)負責驅動(dòng)電源構件的并聯(lián) LTC3866 控制器。由于 LTC3866 采用電流模式控制的原因，相位之間的均流準確度在 ±5% 以?xún)�。假如用兩個(gè)電壓模式控制器來(lái)替代 LTC3866，那么將會(huì )因為沒(méi)有辦法控制相位電流的緣故而不能實(shí)現準確的均流。
圖 5：具有兩個(gè)并聯(lián) LTC3866 (各使用電源構件) 的 1.5V/80A 電源
在使用了一個(gè)較高數值 DCR 電感器或檢測電阻器的應用中，通過(guò)停用 SNSD+ 引腳 (將其短路至地) 就可以像配置任何典型的電流模式控制器那樣配置 LTC3866�？刹捎靡粋�(gè) RC 濾波器來(lái)檢測輸出電感器信號。如果使用了 RC 濾波器，則其時(shí)間常數 R • C 就設定為等于輸出電感器的 L / DCR。在這類(lèi)應用中，電流限值一般為電流檢測規定值的 5 倍。
結論
LTC3866 允許使用一個(gè)超低 DCR 的電流檢測元件，以提升高電流應用中的效率。相比于替代的電壓模式控制器，其電流模式控制提供了諸多的優(yōu)勢，包括高可靠性和快速的逐周期電流檢測、簡(jiǎn)單的反饋環(huán)路補償以及可采用全陶瓷電容器 (以實(shí)現最小的解決方案尺寸)。對于那些需要高效率和高可靠性的低電壓、高電流降壓型轉換器應用而言，LTC3866 是合適之選。跟蹤能力、強大的片內驅動(dòng)器、多芯片操作和外部同步功能都是該芯片的特色。LTC3866 非常適用于負載點(diǎn)計算機和電信系統、工業(yè)和醫療儀器、以及 DC 配電系統。最后，對于電源設計人員來(lái)說(shuō)，他們可以擁有一款兼具電流模式和電壓模式控制方案之最大優(yōu)勢的控制器。
|
